The effect of ammonia reduction on the spinel electrode materials, LiMn2O4 and Li(LiMn)O4

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作者
Monique Richard,E. W. Fuller,J. R. Dahn
出处
期刊:Solid State Ionics [Elsevier]
卷期号:73 (1-2): 81-91 被引量:73
标识
DOI:10.1016/0167-2738(94)90267-4
摘要

Treating the lithium manganese oxide spinels, LiMn2O4 and Li(Li13Mn53)O4 with ammonia at elevated temperatures causes oxygen loss. The reaction between these materials and ammonia as a function of temperature has been studied using X-ray diffraction and Thermal Gravimetric Analysis (TGA). Electrochemical studies of the subsequent deintercalation of Li from these materials have been made using Li/non-aqueous electrolyte/spinel cells. Very little oxygen can be removed from LiMn2O4 (synthesized at 750°C) by NH3 reduction before disproportionation to Li2Mn2O4 and Mn3O4 occurs. By contrast, treatment of Li(Li13Mn53)O4 and LiMn2O4 (both synthesized at 400°C) with ammonia at temperatures near 200°C removes oxygen without inducing a phase change. For Li(Li13Mn53)O4, the product of the reduction is best characterized as Li(Li13Mn53)O4−δ with δ as large as 0.25. Unlike LiMn2O4 (prepared at 750°C), where half the Mn is in the 3+ oxidation state and almost all the Li can be removed electrochemically, very little Li can be removed from Li(Li13Mn53)O4 (all Mn4+) because it is apparently difficult to oxidize the Mn atoms in it beyond the 4+ state. When δ increases, the average oxidation state of Mn decreases and then substantial Li can be deintercalated. Similarly, reducing LiMn2O4 (prepared at 400°C) with ammonia increases the amount of lithium which can be extracted from the material. These results demonstrate the striking effect of the Mn:O ratio, or equivalently the Mn oxidation state, on the electrochemical behavior of Li/spinel cells.

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